Sızma. Toprak profiline sızan su, bitkisel büyüme için bir ihtiyaçtır. Kurak mevsim akışını sürdüren yeraltı su kaynaklarına katkıda bulunur.

SIZMA

Sızmanın Tanımı

Yeryüzüne düşen yağışın bir

kısmı direkt akışa geçerken, bir

kısmı da yerçekimi, kapiler ve

moleküler gerilmeler etkisiyle

zeminin içine süzülür, bu olaya

sızma (infiltrasyon) denir.

Perkolasyon

Sızan su önce zemin nemini besler ve maksimum yüzeyaltı depolaması aşıldığında suyun bir kısmı yüzeyaltı akışını meydana getirir.

Geriye kalanı da derinlere sızarak (perkolasyon)

yeraltısuyu depolamasını

besler.

Sızma

Toprak profiline sızan su, bitkisel büyüme için bir ihtiyaçtır.

Kurak mevsim akışını sürdüren yeraltı su kaynaklarına katkıda bulunur.

Yüzey akışını, toprak erozyonunu ve tortu ve kirleticilerin yüzey su sistemlerine hareketini azaltır.

İnfiltrasyon, bir havzada hidrolojik dengeye katkı sağlayan derine sızmayı, yeraltısuyu akışını, yüzey akışını direkt olarak etkiler.

Bu nedenle hidrolojik döngüyü anlamak ve değerlendirmek için sızma hesabı önem taşımaktadır.

Sızma Kapasitesi Nedir?

Belirli şartlar altında birim zamanda zemine sızabilecek maksimum su miktarına sızma kapasitesi denir.

Birimi uzunluk/zaman’ dır (mm/saat gibi).

Çeşitli faktörler nedeni ile boş bir arazide 25 mm/saat’e kadar sızma kapasitesi değerlerine ulaşılabilir. Bitki örtüsü yoğunluğu bunu ortalama 5 kat arttırabilir.

Sızma Kapasitesini Etkileyen Faktörler

Zemin dane büyüklüğü ve geçirimlilik: Gevşek ve porozitesi büyük olan zeminlerde sızma kapasitesi de fazladır.

Zeminin başlangıçtaki nemlilik durumu: Islak zeminlerde sızma kapasitesi kuru zeminlerinkine kıyasla daha azdır.

Bitki örtüsü: Bitki örtüsü bakımından yoğun bölgelerde

yüzeysel akış engellendiğinden suyun zemine sızması kolaylaşır.

Bu da sızma kapasitesini arttırır.

Zemin yüzeyinin durumu: Yüzeyde çok ince kimyasal tanelerin bulunması suyun girmesini zorlaştıracağından sızma kapasitesi azalır.

Zeminde hava birikintilerinin bulunması: Sızmayı zorlaştırıcağı için sızma kapasitesi azalır.

Havzanın topoğrafyası: Eğim arttıkça yüzeysel akış da artacağından sızma kapasitesi azalır.

Akımın genel mekanizmalarının sınıflaması

a) Aşırı yüzey akımından meydana gelen infiltrasyon

b) Aşırı yüzey akımından meydana gelen kısmi bölgesel infiltrasyon

c) Aşırı yüzey akımından meydana gelen doygunluk

d) Yüzeyaltı fırtına akışı

Akımın genel mekanizmalarının sınıflaması

e) Asılı haldeki yüzeyaltı fırtına akışı

Sızmanın Mühendislikteki Önemi

Barajların depolama hacimlerinin tayini

Taşkınların yavaş veya çabuk kabarmasını etkilemesi

Bitkilerin sulama ihtiyacının belirlenmesi

Farklı zemin türleri için sızma kapasitesi değerleri

Zemin Cinsi Sızma Kapasitesi (mm/saat)

İnfiltrasyon Sınıfı

Kil, silt <1 Çok az

Killi silt 1-5 Az

Kumlu silt 5-20 Az-orta arası

İnce kum 20-63 Orta

Orta-iri kum 63-127 Orta-yüksek arası

İri kum-ince çakıl 127-254 Yüksek

İri çakıl >254 Çok yüksek

Sızma Kapasitesinin Hesabı

Sızma kapasitesi doğrudan ölçülemediğinden bunun için yağış ve akış arasındaki ilişkiden faydalanılabilir.

Evapotranspirasyon ve diğer

kayıplar da hesaba katılarak

su bütçesi modelleri ile sızma

kapasitesi kavramsal olarak

hesaplanabilir.

Sızma Kapasitesinin Hesabı

Küçük alanlarda sızma miktarını infiltrometre ile ölçmek mümkündür.

Bu düzenek toprağa yaklaşık yarım metre çakılır ve su seviyesini sabit tutmak için verilen ilave su hacimleri zamana karşı not edilir.

Ölçümlerden ortalama sızma kapasiteleri hesaplanır ve standart sızma eğrisi ile analiz yapılır.

.

Sızma Kapasitesinin Hesabı

Sızma zaman içinde azalarak asimptotik bir değere düşme gösterdiğinden, yağışla akış arasındaki farkın süreye

bölünmesiyle tanımlanan sızma indisleri kullanılması da pratik olmaktadır.

Yağış devam ettikçe sızma kapasitesi azalır. Buna sebep olan faktörler

zemin neminin artması, kil tanelerinin şişip zemindeki boşlukları tıkaması

gibi faktörlerdir.

Standart Sızma Eğrisi

Hidrolojide, yağış esnasında sızma kapasitesinin zamanla değişimini gösteren eğriye Horton’un standart sızma eğrisi adı verilmektedir.

𝑓=𝑓_𝑐 + (𝑓_𝑜 − 𝑓_𝑐)𝑒^−𝑘𝑡

𝒇 : yağışın başlamasından sonra t anındaki sızma kapasitesi, 𝒇_𝒐 : yağışın başlangıcındaki sızma kapasitesi,

𝒇_𝒄 : yağışın sonunda ulaşılacak sızma kapasitesinin erişeceği limit değer

Standart Sızma Eğrisi

Horton denklemi, doğrusal hazne modeli ile elde edilebilmektedir.

Sistemin girdisi f, çıktısı f_c perkolasyon hızı olup depolanan su miktarı h = H (arazi kapasitesi) olduğunda f = f_c olmaktadır.

Sistemde süreklilik denklemi Doğrusal hazne kabulü gereği

Standart Sızma Eğrisi

Standart Sızma Eğrisi

Eğer i>f ise yağışın başlangıcından t anına kadar F (t)

sızma yüksekliği Horton denklemi

integre ederek bulunabilir.

Sızma Hızı

Yağış esnasında birim zamanda zeminden gerçekten süzülen su miktarına sızma hızı denir. Herhangi bir Δt zaman aralığında yağış şiddeti i(t), sızma kapasitesi f(t) olmak üzere ortalama sızma hızı s (t) için aşağıdaki ilişkileri yazmak mümkündür:

i(t) ve f(t) değerlerinden küçük olanı s(t)’dir.

Gerçek sızma yüksekliği (mm) S 𝐦𝐦 = Σ 𝐬 𝐭 ∗ ∆t

Yüzeysel akış toplamı (mm) 𝐑 𝐦𝐦 = Σ 𝐫 𝐭 ∗ ∆t

Sızma İndisleri

Sızma eğrileri küçük alana sahip homojen bölgeler için geçerlidir. Bölgede yağış

şiddeti ve sızma kapasitesi yerel olarak değişiyorsa standart sızma eğrisini

belirlemek zor olur.

Bu nedenle, yağış sırasında ortalama sızma miktarını gösteren sızma

indisleri kullanılır. Sızma indisleri kısa süreli ve şiddetli yağışlar için başlangıçta ıslak zeminli

durumlarda daha iyi sonuç verir.

Sızma İndisleri

Sızma İndisi

ɸ İndisi W İndisi

ɸ İndisi

En çok bilineni Φ indisidir. Yağış hiyetografı üzerinde öyle bir yatay çizgi çizilir ki, bu çizginin üstündeki toplam alan akış yüksekliği R’ye eşit olur. Bu şekilde çizilen çizginin ordinatı Φ indisi olarak bilinir.

W İndisi

W = P − R − S_d t_p

Sd : sızma dışındaki evapotranspirasyon, tutma vb. kayıplar P : toplam yağış,

R : akış yüksekliği

tp : i > f olduğu toplam süre

Sızma İndisleri

I.

• Yüzeysel biriktirmeyi içerdiğinden ɸ indisinin değeri W indisinden büyüktür.

II.

• Yağış şiddetli ve uzun süreli ise iki indis birbirine eşittir.

III.

• W indisi hesabında (S) yüzeysel biriktirme yüksekliğinin belirlenmesi pratikte zordur.

• İndisler gerçek sızma miktarını değil, potansiyel sızma miktarını gösterir.

IV.

Kaynaklar

1. Usul, N., 2017. Mühendislik Hidrolojisi, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim A.Ş., ISBN: 978-9944-344-57-9, Ankara.

2. Bayazıt, M., 1995. Hidroloji, İstanbul Teknik Üniversitesi, ISBN: 975-561-059-6, İstanbul.

3. Ward, A.D., Trimble, S.W., 2003. Environmental Hydrology, Second Edition, Taylor

& Francis Group, ISBN: 978-1-4200-5661-7, Boca Raton.

4. Avcı, İ., Şen, Z., 2012. Hidroloji Uygulamaları, Birsen Yayınevi, ISBN: 978-975- 511-268-5, İstanbul.

5. Subramanya, K., 2013. Engineering Hydrology, 4th Ed., McGraw Hill Inc., ISBN:

978-93-329-0105-6, New Delhi.

6. Hingray, B., Picouet, C., Musy, A., 2015. Hydrology- A Science for Engineers, CRC Press, ISBN: 13-978-1-4665-9059-5, Boca Raton.